實(shí)驗(yàn)二高溫超導(dǎo)體的臨界溫度和臨界電流的測(cè)量

1、界電流的測(cè)實(shí)驗(yàn)二 高溫超導(dǎo)體的臨界溫度和臨“超導(dǎo)態(tài)”，該現(xiàn)象稱為“超導(dǎo)電性”.又用的半導(dǎo)體，其基本特性的揭示是和電如現(xiàn)在廣泛應(yīng)阻-溫度關(guān)系的研究分不幵的.而在低溫測(cè)量中廣泛應(yīng)用的電阻溫度計(jì)，完全是建立在對(duì)各種類型材料的電阻-溫度關(guān)系研究的基礎(chǔ)上的.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握超導(dǎo)材料臨界溫度和臨界電流測(cè)試原理和方法.2.測(cè)量反映高溫超導(dǎo)體基本特性.3.利用電磁測(cè)量的基本手段來研究高溫超導(dǎo)體.儀器和用具低溫裝置（包括真空玻璃杜瓦和測(cè)試探頭），數(shù)字電壓表2臺(tái)（分別為冷和冷位的數(shù)字電壓表），鉑電阻溫度計(jì)或銅-康銅溫差電偶，恒流源（100mA 100Q）,直流穩(wěn)壓電源與標(biāo)準(zhǔn)電阻（10Q、1Q）,高溫超導(dǎo)樣品，銦絲

2、，銀引線（或細(xì)漆包線），液氮，直流放大器.實(shí)驗(yàn)原理1 .超導(dǎo)體的基本特性零電阻效應(yīng)超導(dǎo)材料有兩個(gè)不同于其他材料即零電阻現(xiàn)象和完全抗磁性（也稱邁電阻現(xiàn)象是指具有超導(dǎo)電性的材料,其電阻隨溫度下降發(fā)生緩慢的變化現(xiàn)象和邁斯納的最基本特性,斯納效應(yīng)）.零當(dāng)溫度下降時(shí),（種是金屬性的材料，其電阻緩慢下降；一種是顯示半導(dǎo)體性,后，所以能引于電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)（自場(chǎng)）超過臨界磁場(chǎng)引起的. 各超導(dǎo)體臨界電流其電阻緩慢升高），而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一溫度時(shí)，其電阻在很窄的溫區(qū)內(nèi)，從Rn急劇地變?yōu)榱?，?導(dǎo)體呈現(xiàn)零電阻現(xiàn)象.為描述電阻陡降的突變過程，可以定義如下幾個(gè)特征溫度：起始轉(zhuǎn)變溫度T起始是指電阻隨溫度的變化偏離線性的溫度；

3、 臨界溫度Tc是指電阻值下降到Rn /2時(shí) 所對(duì)應(yīng)的溫度，零電阻溫度Tr =0為電阻剛降至零時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度，而把電阻變化1/10到9/10 所對(duì)應(yīng)的溫度間隔定義為轉(zhuǎn)變寬度 汀式中%為真空磁導(dǎo)率， 為介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率，Xm為磁化率.當(dāng)發(fā)生正常態(tài)到超導(dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn) 變時(shí)，r由1變到零，或者說磁化率由近于零變到 -1，從而使超導(dǎo)體內(nèi)部 B=0.如果把超 導(dǎo)體材料作成線圈的芯子，則線圈自感L和介質(zhì)的磁導(dǎo)率的關(guān)系如下：式中n為線圈單位長度的匝數(shù)，V為線圈的體積，可見當(dāng)發(fā)生超導(dǎo)轉(zhuǎn)變時(shí)，磁導(dǎo)率 發(fā)生 變化，線圈的電感量也變化.利用超導(dǎo)轉(zhuǎn)變時(shí)，線圈電感量變化來測(cè)量臨界溫度的方法， 稱為電感法.1 臨界電流當(dāng)通過超導(dǎo)線

4、的電流超過一定的數(shù)值后，超導(dǎo)態(tài)便被破壞，轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，該電流Ic稱 為超導(dǎo)體的臨界電流.當(dāng)電流超過一定值起超導(dǎo)態(tài)到正常態(tài)的轉(zhuǎn)化，其根本原因是由的大小，除和超導(dǎo)材料組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)外，對(duì)同一種超導(dǎo)材料而言，與其截面積的大小和 形狀有關(guān).2. 測(cè)量方法及參考方案所附分度值表.如用銅- 則必須利用鉑電阻溫度計(jì)在所 77K室溫）對(duì)銅-康銅溫差電偶 樣品的電流在毫安量級(jí).康銅溫差電偶，使用的溫區(qū)（即進(jìn)行定標(biāo).通過品是采用燒結(jié)本實(shí)驗(yàn)所用的高溫超導(dǎo)樣然后再焊在接線片上所有引線均36工藝制備的多晶超導(dǎo)塊材料， 其結(jié)構(gòu)式為YbQCsO-s,式中3為與超導(dǎo)樣品氧含量有關(guān)的系 數(shù)，樣品的轉(zhuǎn)變溫度約為 92K左右，由于

5、該樣品無法用焊接法直接引出引線，四引線發(fā)的 四根引線是用銦絲將細(xì)銀絲粘壓在高溫超導(dǎo)樣品表面， 由德銀管引出與德銀管上端的接線插座相連，并 由接頭接到測(cè)量電路.1.真空玻璃杜瓦；2.德銀管；3.外套筒；4.超導(dǎo)樣品；5.恒溫紫銅塊；6.液氮；7.鉑電阻溫度計(jì)；8.接線片.若采用磁測(cè)量法測(cè)轉(zhuǎn)變溫度，可參閱本實(shí)驗(yàn)后 所附參考文獻(xiàn)，自己組裝測(cè)量和調(diào)試測(cè)量裝置. 在 科研工作中，由于研究工作的需要，往往要根據(jù) 或參考別人的文獻(xiàn)，并根據(jù)自己所需解決的問題 和儀器設(shè)備條件，加以適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量， 這也是科研能力的訓(xùn)練.在以上測(cè)試中由于要用到低溫容器與液氮，使用中必須注意遵守下列安全規(guī)則：1 .所有盛放在

6、低溫液氮的容器都必須留有供蒸發(fā)氣體逸出的孔道，以免容器內(nèi)壓力過 大引起事故.2.液氮灌入玻璃杜瓦時(shí)，應(yīng)緩慢灌入，避免驟冷引起杜瓦的破裂.灌注液氮采用專用 液氮灌注器.3 .實(shí)驗(yàn)中注意不要讓液氮觸及裸露的皮膚特別是眼睛，以免造成嚴(yán)重的凍傷.4.使用液氮時(shí)，室內(nèi)應(yīng)保持空氣通暢，防止液氮的大量蒸發(fā)造成室內(nèi)缺氧.因?yàn)檠鹾?量低于14%15%會(huì)引起人的昏厥.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 高溫超導(dǎo)樣品的準(zhǔn)備本實(shí)驗(yàn)提供的高溫超導(dǎo)樣品，是用一般陶瓷燒結(jié)工藝制備的，先按照1: 2: 3的理想配 比，將氧化釔、氧化銅和碳酸鋇的分析純粉末混合，然后經(jīng)過研磨、預(yù)燒、壓片和燒結(jié)等 工藝制成直徑為12mm厚度為1mm6勺超導(dǎo)圓片，結(jié)構(gòu)式

7、為 YbaCuOu .經(jīng)切害V后成為 2mmx 1mn截面的條形試樣.粘壓引線的方法如下：把從銦絲上切割下的銦粒新鮮面用削尖的竹簡壓貼在試樣勺表面，銀引線勺一端置于壓貼好勺新鮮銦面上，上端再用新鮮勺銦粒面壓 貼固定，這樣可形成良好的歐姆接觸.可用萬用表檢查接點(diǎn)是否良好.2. 用四引線法測(cè)量高溫超導(dǎo)樣品的臨界溫度， 求出幾個(gè)特征溫度. 根據(jù)提供的測(cè)試儀器 和設(shè)備，決定測(cè)量方案和測(cè)試線路，選擇測(cè)量參數(shù)和操作步驟，完成測(cè)量.3. 測(cè)量所提供樣品的臨界電流，計(jì)算臨界電流密度.4. 參閱參考文獻(xiàn)， 用磁測(cè)量法測(cè)量臨界溫度， 同學(xué)也可根據(jù)邁斯納效應(yīng)的特點(diǎn)， 設(shè)計(jì)其 他觀察研究邁斯納效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法.參考文獻(xiàn)1 章立源等.超導(dǎo)物理.北京：電子工業(yè)出版社， 1987.82 賈起民，鄭永令.電磁學(xué) 下冊(cè).上海：復(fù)旦大學(xué)出版社， 1987.182 1903 戴樂山.溫